哈罗CQ火腿社区 - QRP and DIY - 贴一篇我读了BA6BF十年老帖后对SSB框架的大白话解读

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只看楼主倒序阅读 0楼发表于: 2015-06-04

声明一下：
1、BD7JAT是第一次学习射频东西，肯定很多理解有偏颇的地方，希望各位老师指正！我及时更正！
2、BD7JAT定位的阅读对象是对电路和无线电不懂的群体，所以文中很多例子和数据都仅仅是为了最简单化的解释概念，难免会有一些与实际产品不符的东西，请大家理解！
3、请大家看到我打字编辑的苦劳的份上，多做有意义的回复！我是站在前人的肩膀上学习，所以很多地方都有前人的影子在里面，但请出于对我个人劳动的尊重，不要随便冠以抄袭的帽子！

前言（如果不耐烦，可以从第三段开始看）：身为hfdx59网站深圳科技园437.300中继版块的版主，目前所做的工作无非是通报一下台网名单，预报一下下期主控，如果一直这么下去，那么这个版块就将成为我一个人的自留地了，毕竟台网名单和主控人选不是大家感兴趣的内容，没人关注是人之常情，更何况这是一个刚诞生的还没人气的论坛。我不想这个板块就这么变成僵尸而泯然众矣！我一直在思考怎么可以给这个不太活跃的板块打上一针鸡血让它兴奋起来，一个月前BH7NI问我准备折腾点什么并开玩笑说DIY个短波机吧。当时我没当回事，因为我到现在为止还没见过任何短波机，更没操作过，我一向不喜欢做我不熟悉和没有把握的事情，因为那样99%概率会因各种问题烂尾，直到我偶然看到BA6BF（时刻）十多年前发表的帖子，才让我觉得短波机并不那么遥不可及！我想，拿最热门的短波机做题材，应该多少有一些含金量，可以吸引来一点目光点缀苍白无力的板块吧？

     这里单独写一段是为了表达我对BA6BF老师的尊敬。BA6BF从十多年前开始设计短波机，如果只是这样，这只能说明他的技术牛，我肯定不会抱以如此慎重的心态专门提及他。BA6BF有两点做的让我敬佩，第一，开源分享。每当有新一代机型发布，BA6BF会把老一代的图纸贡献出来供大家下载学习。第二，撰文授业。BA6BF写了很多文章/帖子，对原理进行解析，更难能可贵的是他的解析通常是用最简单的文字、比喻去说明工作原理，而不是照搬公式、推论来搞晕大家。我个人认为BA6BF的举动对提升国内HAM的理论水平和DIY能力有举足轻重的作用。我从偶然看到的一篇帖子开始，花了两周时间阅读学习BA6BF发表的关于短波DIY相关的文章，当我感觉到我已经理解了单边带系统架构后，我决定把它写出来，第一算是我个人的学习总结，第二我想让更多的ham提升理论水平，第三达到活跃论坛气氛的目的。我试图用最简单最通俗的语言讲解单边带收发信机的原理，除了加减公式，不会出现任何推导，我的目的是让本贴成为史上最通俗的短波机分析贴。如果看官看完这个帖子还不能理解工作流程，那就放弃理解转应用吧，因为从我能找到的资料来看没有更容易理解的文章了。废话说的太多，下面正式开始。

一、人耳能听到什么？
     所有的传递语音的无线电设备，包括手机、对讲机、无线话筒、广播电台，其目的都是为了让双方能够理解彼此的声音信息。人耳能听到的声音频率在0.02K-20K，也就是说无线电最多只需要传递这20K带宽的信息，再传多了也没用，咱听不见。我这里普及一下带宽，人耳听到的声音在0.02k到20k这个频率区间的每一个频率点都含有信息，这么一段宽度的频率段把他叫20K的带宽。我们能够区分不同的人讲话的声音，就是因为这段带宽包含音色、音调等信息。

二、电波传递了什么？
虽然人耳听到0-20K的声音，但是0-3k这段区间带宽已经可以大体反映出音色音调等信息了，一般在短波机中我们只传递这3k带宽声音信息。原因很简单，短波的频率资源有限，如果你通信传输用20k带宽，人家才用3k，你一个人通话就占用了别人将近7个人的资源，面对有限的短波资源，大家慢慢形成了约定都只占用3k带宽。这里再普及一下短波，短波是指3mhz-30mhz频率段的电波。大家想想27m短波的带宽，理论上最多能容纳多少个3k？而这个问题放在UV段，就不存在了，拿国内常用U段400-470m来说，就有70m的带宽够用了。更重要的是UV段由于传播特性，距离发射不是很远，可以分区复用，比如深圳的某人用个435m-436m这一段，而湖北的人照样可以用这一段频率，互不干扰。而短波就不行，动辄传播几千公里，新疆的人用了7.050m，海南的人再用这个频点，那就很可能要信号打架了。

三、调制是什么？
      对于语音通信来说，所谓的调制就是想办法把语音信号混合到高频信号中去。为啥要混合到高频信号去，因为高频率的信号容易形成无线电波被发射出去，因为这个高频信号携带承载了有用的声音信号，把它叫载波。发射机是老公，载波是邮差，声音是情书，接收机是老婆。如果老公老婆离得很近，就间距0.5米，那么老公可以直接把情书递给老婆，这时候我们不需要邮差。但如果是远距离通信，老公在海南老婆在新疆，老公需要邮差带着信送到新疆，老婆见到邮差后才能取到信。老公让邮差带上信的过程就是调制，邮差取出信给老婆的过程就是解调。我们经常听到收音机里说：这里是调频立体声fm88.6，这里的fm就是一种调制方式。我们经常见到的FM是调频，AM是调幅。调频的意思是载波的频率随声音不同而变化，比如载波是400m，声音大的时候变成400.003m，声音小的时候变成399.997m，总之就是通过载波频率的变化反映要发射的声音。调幅的意思是载波的幅度（也就是大小或者说强度）随声音不同而变化，比如载波是没声音的时候发射幅度是10v，声音大的时候变成10.5v，声音小的时候变成9.5V，也就是通过发射的信号的强弱改变来反映声音特征。无线信号传递到了接收机，接收机要按照不同的调制方式做出不同的解调处理才能提取出正确的声音信息。

四、单边带是什么？
      假设有两个频率，一个是载波，其频率是f1，一个是要发送的声音，其频率是f2，f1是高频，f2是低频，那么他俩结婚后的家庭里会出现四个人，一个老爹f1，一个是老妈f2，一个大儿子f1+f2，一个是小儿子f1-f2，这时候你会发现老大和老小站在老爸两边刚好是对称的。f1+f2频率高于f1，叫做f1的上边带USB，f1-f2频率低于f1，叫做f1的下边带LSB，这两小宝贝合在一起叫双边带DSB。因为大儿子和小儿子都含有老爸老妈的组合基因信息，理论上任何一个都可以提取出老妈的基因出来。而老爸本身f1是无论如何取不出老妈f2的基因的。所以如果我们需要取得老妈的基因（也就是声音），只需要把大儿子或者二儿子送一个过来就行了。当然如果你把老爸老大老二这三人都送过来也没关系，问题是路费不划算啊，所以为了省路费，只送老大或者老二就行了。这里的路费就是发射功率。单边带的发射因为去掉了载波和一个边带，大部分无用损耗都避免了，功率利用率特别高。只送老大或者老二过来的过程就是单边带发射。补充一句，单边带本质上是一种调幅调制。也就是说最终发出去的那个边带也是靠调整发射信号的幅度来反应声音高低的。

五、电路上如何产生单边带？
     我们先从框图说起，前面我们说到带边带的概念，那么它从电路上是怎么生成的呢？还是拿老爸和老妈说事，还是f1是载波，f2是声音。得益于技术的飞速发展，出现了混频调制芯片，这种混频芯片作用是把f1和f2放在一起爆炒，但是最后出锅的并不是上文提到的一大家子，出炉的是老大和老二，也就是输出f1-f2和f1+f2，这是个双边带信号。你可以想象为芯片里面有个恶魔，只允许小朋友出去活命，老爸老妈已经在里面被恶魔吃掉了。我们已经不用去关心恶魔是怎么吃掉爸妈的，我们只要知道它可以让爸妈生孩子，而且还生了二胎，最后只放出两个小朋友就行了。典型的这种芯片是NE602，后期又发展了SA602，SA612等，都是差不多的东西啦。
     好啦，现在两位小朋友逃出来了，更严酷的事实来了，恶魔在外头还有个老婆叫巫婆，巫婆爱吃小朋友，原来恶魔放小朋友出来不是心善，而是为了讨好她老婆！巫婆拦住两个小朋友说：你俩只能活一个过去！并不是因为巫婆心善放走一个，而是她想保持身材，不想吃太多！这个恶婆娘就是窄带滤波器。假设高频f1是4m，低频f2是0-3k，那两个小朋友就是4-3.997m和4-4.003m，两个频率段相隔的太近了，最优秀的lc滤波器也没办法剥离这一对亲密的难兄难弟！就像孪生姐妹长得太像了，实在难以分辨。把频率如此接近的两个信号剥离，这在几十年前是天大的难事，好在时代的进步让我们现在不必如此为难，晶体滤波器以其极高的Q值和极窄的带宽成为恶婆娘吃掉一个兄弟的不二武器！晶体滤波器带宽为3k左右，刚好是单边带传输的带宽，晶体滤波器就像是一个门框，高一点肥一点都被挡在门内了，这个门框就是给这两兄弟中的一个量身定做的，刚好只有一个可以溜过去！双边带变成了单边带信号了！

六、单边带信号产生后还要做什么？
     按道理呢，单边带信号产生以后可以直接发射出去，但是存在两个问题，第一频率不合适，就像上面的4-3.997m信号，发出去可以，问题是几乎没人在这个频率守候，根本没人鸟你，所以我们要把这个单边带信号挪到我们想发射的频率去。第二功率太小，信号极其微弱，可能接收机要离你一米才能收到信号。拜托，短波是用来通联千里之外的武器，一米通联不如用喊还来的实在点，所以我们需要功率放大！
      那么如何把单边带信号挪到我们想要发射的频率去呢？这里要再次恶魔出场！大家应该记得双边带的产生是把f1和f2丢到恶魔（混频芯片）手里去爆炒的事吧？最后出锅了f1+f2和f1-f2。那么我们这里要再让恶魔先生表演一次残酷的吃爸妈惨剧！假设巫婆吃掉了f1+f2，让f1-f2也就是小儿子活下去了，我们还是用f1=4m，f2=0.003m来计算，那么4-0=4m，4-0.003=3.997m小儿子的参数应该是4m到3.997m这一段频率。如果我们想发射的频率是10m整怎么办？简单，我们给小儿子找一个媳妇f3=6m，然后再把小儿子和他媳妇一起送给恶魔先生再次爆炒，出锅两个孙子，10到9.997m（这么来的6+4=10m，6+3.997=9.997m，）和2-2.003m（这么来的6-4=2m，6-3.997=2.003m），犹豫两个孙子之间的频率段差距很大，用常见的lc滤波器就能把2到2.003m这一段滤除，把10到9.997m频率提取出来。这样就完成了频率的挪动！
      最后这个挪动完毕的频率送去功率放大模块放大功率后发射出去，功放模块的功率根据需求不同设计，想玩QRP那就5W甚至1W就行了，想玩重火力，自己买个外置功放（ham把这种功放叫乌龟，我不知道为什么）。这样，一个完整的单边带发射机就完成了。这个流程是不是没有想想中的复杂？至少我是这样的感觉。

七、汇总整理一下发射流程。

由话筒传来的声音信号0-3k和一个振荡器产生的4m信号一起送给混频器调制，调制出来的两个频率是频和4-4.003m、频差4-3.997m，这两个频率是双边带信号DSB，由于他们靠的太近，需要利用晶体滤波器极窄的带宽特性，滤除其中一个边带，这里图示的例子滤掉了4-4.003m，为了把这个信号调整到我们需要发射的频率（假设我们要去10m发射），需要进行二次混频处理，再次引入一个6m振荡器，混频后又产生一个双边带信号10-9.997m和2-2.003m，但是这次我们不用晶体滤波器了，因为上边带和下边带的信号频率差距很大，用lc做一个10m的带通滤波器把2-2.003这个边带的频率滤除。最后得到10-9.997m的单边带频率。这个信号送到功放进行功率放大后，为减少杂散发射，经过一个10m滤波器后，滤除其他频率的信号，然后送到天线发射出去。这里举例的10m发射在国内是不合法的发射频段，我仅仅为了偷懒举了个容易计算的频率而已，请大家注意合法发射。

八、接收流程怎么整？
理解了发射流程以后，接收就很容易自己就琢磨出来了，接收完全是发射的反流程而已。

      由天线感应到的信号（假设要接收的信号是10-9.997m），这个信号经过宽带滤波器后滤除其他频率。宽带滤波器是相对于窄带滤波器而言，我们有提到晶体滤波器是可以通过的带宽是3k左右，而这里的宽带滤波器可以通过的带宽远远大于3k。滤波后的10-9.997m信号与本地的一个6m振荡器爆炒，出来一个合频的大儿子16-15.997m，还有一个差频的小儿子4-3.997m，把这两个儿子送到晶体滤波器，得到纯净的4-3.997m信号，这个信号再与本地的一个4m振荡器进行二次混频，又出来两个孙子，合频的8-7.997m大孙子，0-0.003m的小孙子，由于这两个频率段差距非常大，用简单的rc滤波就能滤除大孙子，然后把0-3k这个小孙子送去语音功放芯片做功率放大，然后推动喇叭发生，还原成语音信息。

九、如何整合成完整的收发信机？
       由上面两个收发流程可以看出其实有很多公用部件。例如天线、10m滤波器、6m振荡器、4m振荡器、晶体滤波器，如果两个混频器都有双通道，那么连两个混频器都能公用。我们需要做的仅仅是增加几个继电器，通过合理的控制逻辑，让收发流程能尽量共用器件。首先天线的收发要用继电器隔开，发的时候不能收，收的时候不能发。其次要在宽带滤波器两端用继电器切换收发通道。这仅仅是单频段SSB收发信机的最小系统。

十、发散思维，呵呵！
        看完之前九个章节，相信大家都已经熟悉了单边带收发信机的系统结构。但是您真的理解了吗？问一问自己下面几个问题，如果能答得上来，那说明您真的已经吃透了，恭喜！
1、如果我想把发射频率改到14m，应该改动哪些参数？
2、如果我想把例子中发射的10m下边带变成10m的上边带，需要改哪些参数？
3、上边带发射的信息，如果用下边带模式接收，能解析出语音吗？
4、为什么发射和接收需要二次混频？如果直接用音频和可调频率的本地振荡器进行一次混频，晶体滤波后就发射，会带来什么问题？（比如想要10m发射，为啥没有直接用3k的音频和10m振荡器混频获取到10-9.997m去发射？）

[ 此帖被bd7jat在2015-06-04 17:41重新编辑 ]

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